CN113250623A - 功能分区的孕镶齿及其制备方法和钻头 - Google Patents
功能分区的孕镶齿及其制备方法和钻头 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113250623A CN113250623A CN202110527996.1A CN202110527996A CN113250623A CN 113250623 A CN113250623 A CN 113250623A CN 202110527996 A CN202110527996 A CN 202110527996A CN 113250623 A CN113250623 A CN 113250623A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- impregnated
- drill bit
- working area
- diamond
- pregnant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims abstract description 69
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 49
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 claims description 14
- 230000036346 tooth eruption Effects 0.000 claims description 12
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 7
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 7
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 5
- 101100134058 Caenorhabditis elegans nth-1 gene Proteins 0.000 claims description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 6
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
- E21B10/48—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of core type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/02—Compacting only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
- B22F3/15—Hot isostatic pressing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
- B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
- B33Y40/20—Post-treatment, e.g. curing, coating or polishing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B10/00—Drill bits
- E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
- E21B10/54—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of the rotary drag type, e.g. fork-type bits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Drilling Tools (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本发明公开了一种按功能分区的孕镶齿,包括:一体成型的焊接区和工作区,所述焊接区焊接在钻头钢体上,所述工作区沿孕镶齿的轴线分成N≥2个部分,N为整数,所述焊接区由金属粉末组成,所述工作区的每一部分由金属粉末、不同参数的金刚石和不同体积浓度的固体润滑剂组成,所述工作区第N部分的耐磨性弱于第N‑1部分;本发明还提供一种按功能分区的孕镶齿的制备方法。本发明将孕镶齿分成工作区和焊接区,其中只有工作区包含金刚石,从而可以相对降低钻头的生产成本;工作区的材料组成包含有固体润滑剂材料,在钻进过程中可在孕镶齿与钻进对象的摩擦磨损界面生成一层润滑膜,从而降低钻进产生的热量,有效保护钻头。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石钻头钻进技术领域。更具体地说,本发明涉及一种功能分区的孕镶 齿及其制备方法和钻头。
背景技术
现有针对月球/太空钻探而设计的取心钻头都是以硬质合金齿或PDC齿作为主要切削 单元,金刚石或CBN等耐磨材料只是作为一种提高钻头破岩能力的加强方式。研究与实 践表明,通过结构优化设计并配合优选的钻进规程参数,硬质合金钻头和PDC钻头在地球环境下可以实现有限进尺的干钻岩石取心作业,并已在月球环境下完成月壤层的取心任务要求。然而,在月球钻探钻遇月岩时,产生的摩擦热会显著高于月壤层钻进,且一旦硬 质合金齿或PDC齿钻遇月岩后发生刃口磨钝或切削齿崩刃/脆断的情况,上述切削齿的高 出刃特性将使其难以实现自锐,不得不中断钻进过程。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种按功能分区的孕镶齿,将其分成工作区和焊接区,其 中只有工作区包含金刚石,从而可以相对降低钻头的生产成本;工作区的材料组成包含有 固体润滑剂材料,在钻进过程中可在孕镶齿与钻进对象的摩擦磨损界面生成一层润滑膜, 从而降低钻进产生的热量,有效保护钻头。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点,提供了一种按功能分区的孕镶齿,包括: 一体成型的焊接区和工作区,所述焊接区焊接在钻头钢体上,所述工作区沿孕镶齿的轴线 分成N≥2个部分,N为整数。
优选的是,所述焊接区由金属粉末组成,所述工作区的每一部分由金属粉末、不同参 数的金刚石和不同体积浓度的固体润滑剂组成。
优选的是,所述工作区第N部分的耐磨性弱于第N-1部分。
本发明还提供一种按功能分区的孕镶齿的制备方法,采用冷压成型和热压烧结的方式 成形具有PDC外形和自润滑功能的孕镶金刚石钻头切削齿,再将其进行热等静压增强处 理和几何尺寸修正,得功能分区的孕镶齿。
本发明还提供一种按功能分区的孕镶齿的制备方法,采用3D打印的方式成形具有PDC外形和自润滑功能的孕镶金刚石钻头切削齿,再将其进行热等静压增强处理和几何尺寸修正,得功能分区的孕镶齿。
本发明还提供一种自润滑孕镶金刚石钻头,包括按功能分区的孕镶齿。
本发明还提供一种自润滑孕镶金刚石钻头的制备方法,将所述的按功能分区的孕镶齿 焊接到钻头钢体上。
本发明至少包括以下有益效果:
本发明将孕镶齿设计为工作区和焊接区,其中只有工作区包含金刚石,从而可以相对 降低钻头的生产成本;
孕镶齿工作区的材料组成包含有固体润滑剂材料,在钻进过程中可在孕镶齿与钻进对 象的摩擦磨损界面生成一层润滑膜,从而降低钻进产生的热量,有效保护钻头;
本发明将孕镶齿加工成PDC的外形,并采用热等静压的方式对其整体强度进行加强 处理,使其在钻进低强度材料时以剪切破坏的方式进行钻进,从而可以获得高的机械钻速; 当钻遇坚硬对象时,孕镶齿工作区第1部分失效后,将由工作区第2部分以多而密的金刚 石颗粒进行磨削钻进;
本发明采用冷压成型、高温烧结和热等静压增强的制造方法,实现孕镶齿工作区沿轴 向方向上的宏观力学性能与摩擦磨损性能按要求变化,从而使孕镶齿在钻进过程中实现自 我保形;
本发明采用3D打印的增材制造方法,实现孕镶齿工作区沿轴向方向上的宏观力学性 能与摩擦磨损性能按要求变化,从而使孕镶齿在钻进过程中实现自我保形。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明 的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的孕镶齿的工作区和焊接区的结构示意图;
图2为本发明的孕镶齿的工作区和焊接区的截面图。
具体实施方式
本发明提供了一种按功能分区的孕镶齿,如图1和图2所示,包括:一体成型的焊接区和工作区,所述焊接区焊接在钻头钢体上,所述工作区沿孕镶齿的轴线分成N≥2个部分,N为整数。
所述焊接区由金属粉末组成,所述工作区的每一部分由金属粉末、不同参数的金刚石 和不同体积浓度的固体润滑剂组成。
所述工作区第N部分的耐磨性弱于第N-1部分。
需要说明的是,焊接区分成两个部分,焊接区呈L型结构,工作区的上部是焊接区,工作区的一侧也是焊接区。焊接区的结构可以按照水平面将焊接区分成两个不同长度的半圆柱形,也可以同时按水平和铅垂面,分成一个半圆柱形和一个圆柱形。
工作区可以有多种形状,工作区与焊接区的接触界面可以是平面、弧面、或者多段线。
还需要说明的是,所述金刚石可以为镀膜金刚石,所述固体润滑剂可以为镀膜润滑剂。
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字 能够据以实施。
需要说明的是,下述实施方案中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,所述 试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
实施例1
本实施例提供一种自润滑孕镶金刚石钻头的制备方法,包括以下步骤:
1)按照设计要求加工钻头钢体,预留出焊接PDC形孕镶齿(即孕镶金刚石钻头切削齿)的位置;
2)将孕镶齿按功能分为工作区和焊接区,且沿孕镶齿轴向将工作区分为3部分,并将焊接区分成焊接区1和焊接区2两部分;设工作区总长为L,其中,第1部分长度为1L/5, 第2和第3部分各为2L/5;
3)将表面金属化之后的固体润滑剂与一定配方的金属粉进行机械混合形成工作区粉 料1;将一定配方的金属粉进行机械混合后形成焊接区粉料2;其中,粉料1中的固体润滑剂为镍包石墨粉,体积浓度为2~6%,粉料1中的金属粉中各物质的质量份数为:WC 30份、FeCu30 60份、Co 10份;粉料2中的金属粉中各物质的质量份数为FeCu30 80份、 Fe 10份、Cu 10份;
4)对应孕镶齿工作区的3部分,分别设计3种参数配比的金刚石。其中,第1种为 40份50~60目、60份80~100目;第2种为40份40~45目、60份50~60目;第3种为20 份50~60目、80份80~100目;其中,第1种金刚石、第2种金刚石采用的是表面金属化 之后的高品级金刚石,第3种金刚石采用的非表面金属化的金刚石,且为低品级金刚石;
5)将步骤4)的3种金刚石与工作区粉料1分别进行混合,形成工作区粉料1-1、1-2和1-3,工作区粉料1-1中第1种金刚石的体积浓度为50%,工作区粉料1-2中第2种金 刚石的体积浓度为25%,工作区粉料1-3中第3种金刚石的体积浓度为5%,并分别采用 冷压机分别制成坯体1-1、1-2和1-3;
6)将焊接区粉料2按设计结构分成2-1和2-2,并采用冷压机分别制成坯体2-1和2-2;
7)在石墨模具中,将各坯体按照设计目标进行组装,并采用电阻炉进行热压烧结,形成具有PDC外形和自润滑功能的孕镶齿;
8)将冷压成型+热压烧结制成的孕镶齿在保护氛围环境下进行热等静压增强处理,使 其整体力学强度和耐磨性进一步提高;
9)将热等静压处理后的孕镶齿进行尺寸修正;
10)将孕镶齿的焊接区与钻头钢体相接触,并通过焊接的方式将孕镶齿固定在钻头钢 体上,从而得到具有自润滑功能和PDC外形的孕镶金刚石钻头。
实施例2
本实施例提供一种自润滑孕镶金刚石钻头的制备方法,包括以下步骤:
1)按照设计要求加工钻头钢体,预留出焊接PDC形孕镶齿(即孕镶金刚石钻头切削齿)的位置;
2)将孕镶齿按功能分为工作区和焊接区,且沿孕镶齿轴向将工作区等分为5部分,并将焊接区分为2个部分;
3)将表面金属化之后的固体润滑剂与一定配方的金属粉进行机械混合形成工作区粉 料1,并将其等分为5份;将按一定配方的金属粉进行机械混合后形成焊接区粉料2,并将其按照焊接区的结构所占的体积分成2份;其中粉料1中的固体润滑剂为镍包石墨粉, 体积浓度为2~6%;粉料1和粉料2中的金属粉末均为单一的FeCu30粉;
4)对应孕镶齿工作区的5部分,分别设计5种参数配比的金刚石,并装在不同的料斗之中。其中,第1种为80~100目;第2种为40份30~40目、60份40~50目;第3种 为40份40~50目、60份50~60目;第4种为40份60~80目、60份80~100目;第5种为 80~100目;其中,上述第1种、第2种为高品级金刚石、第3种为中品级金刚石、第4 种、第5种为低品级金刚石;
5)将工作区粉料1与步骤4)中的5种金刚石进行机械混合,然后通过冷压设备制成工作区坯体1-1、1-2、1-3、1-4和1-5,工作区粉料1-1中第1种金刚石的体积浓度为 45%,工作区粉料1-2中第2种金刚石的体积浓度为30%,工作区粉料1-3中第3种金刚 石的体积浓度为15%,工作区粉料1-4中第4种金刚石的体积浓度为10%,工作区粉料 1-5中第5种金刚石的体积浓度为5%;将焊接区的粉料通过冷压设备按照焊接区的机构制 成焊接区坯体2-1和2-2;
6)将工作区各坯体和焊接区各坯体按照设计要求组装到石墨模具中,并采用中频加 热炉进行热压烧结,制得具有PDC外形和自润滑功能的孕镶齿;
7)将冷压成型和热压烧结后制得的孕镶齿在保护氛围环境下进行热等静压增强处理, 使其整体力学强度和耐磨性进一步提高;
8)将热等静压处理后的切削齿进行尺寸修正;
9)将修正后的孕镶齿通过焊接的方式固定在钻头钢体上,从而得到具有自润滑功能 和PDC外形的孕镶金刚石钻头。
实施例3
本实施例提供一种自润滑孕镶金刚石钻头的制备方法,包括以下步骤:
1)按照设计要求加工钻头钢体,预留出焊接PDC形孕镶齿(即孕镶金刚石钻头切削齿)的位置;
2)将孕镶齿按功能分为工作区和焊接区,且沿孕镶齿轴向将工作区分为3部分;设工作区总长为L,其中,第1部分长度为1L/5,第2和第3部分各为2L/5;
3)将表面金属化之后的固体润滑剂与一定配方的金属粉进行机械混合形成工作区粉 料1;将按一定配方的金属粉进行机械混合后形成焊接区粉料2;其中粉料1中的固体润 滑剂为镍包石墨粉,体积浓度为2~6%;粉料1中的金属粉中各物质的质量份数为WC 30份、FeCu30 60份、Co 10份;粉料2中的金属粉中各物质的质量份数为FeCu30 80份、 Fe 10份、Cu 10份;
4)对应孕镶齿工作区的3部分,分别设计3种参数配比的金刚石。其中,第1种为 40份50~60目、60份80~100目;第2种为40份40~45目、60份50~60目;第3种为20 份50~60目、80份80~100目;其中,第1种、第2种金刚石采用的是表面金属化之后的 高品级金刚石,第3种金刚石中采用的非表面金属化的金刚石,且为低品级金刚石;
5)将3种金刚石与相应体积的工作区粉料1分别进行混合,形成工作区粉料1-1、1-2 和1-3,工作区粉料1-1中第1种金刚石的体积浓度为50%,工作区粉料1-2中第2种金 刚石的体积浓度为25%,工作区粉料1-3中第3种金刚石的体积浓度为5%;
6)在3D打印设备中,按照孕镶齿设计几何参数,沿着孕镶齿轴向方向,逐层成形孕镶齿;
7)将3D打印成形的孕镶齿在保护氛围环境下进行热等静压增强处理,使其整体力学 强度和耐磨性进一步提高;
8)将热等静压处理后的切削齿进行尺寸修正;
9)将孕镶齿的焊接区与钻头钢体相接触,并通过焊接的方式将孕镶齿固定在钻头钢 体上,从而得到具有自润滑功能和PDC外形的孕镶金刚石钻头。
实施例4
本实施例提供一种自润滑孕镶金刚石钻头的制备方法,包括以下步骤:
1)按照设计要求加工钻头钢体,预留出焊接PDC形孕镶齿(即孕镶金刚石钻头切削齿)的位置;
2)将孕镶齿按功能分为工作区和焊接区,且沿孕镶齿轴向将工作区等分为5部分;
3)将表面金属化之后的固体润滑剂与一定配方的金属粉进行机械混合形成工作区粉 料1;将按一定配方的金属粉进行机械混合后形成焊接区粉料2;其中粉料1中的固体润 滑剂为镍包石墨粉,体积浓度为2~6%;粉料1和粉料2中的金属粉末均为单一的FeCu30粉;
4)对应孕镶齿工作区的5部分,分别设计5种参数配比的金刚石,并装在不同的料斗之中。其中,第1种为80~100目;第2种为40份30~40目、60份40~50目;第3种 为40份40~50目、60份50~60目;第4种为40份60~80目、60份80~100目;第5种为 80~100目;其中,上述第1种、第2种为高品级金刚石、第3种为中品级金刚石、第4 种、第5种为低品级金刚石;
5)在3D打印设备中,按照孕镶齿的设计参数,沿着孕镶齿轴向方向逐层成形孕镶齿; 其中,通过设计金刚石颗粒在工作区中的空间位置,使工作区5个部分对应的金刚石体积 浓度分别为40~60%、25~35%、15~20%、5~10%和3~6%。
6)将3D打印成形的孕镶齿在保护氛围环境下进行热等静压增强处理,使其整体力学 强度和耐磨性进一步提高;
7)将热等静压处理后的切削齿进行尺寸修正;
8)将修正后的孕镶齿通过焊接的方式固定在钻头钢体上,从而得到具有自润滑功能 和PDC外形的孕镶金刚石钻头。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运 用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地 实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (7)
1.一种按功能分区的孕镶齿,其特征在于,包括:一体成型的焊接区和工作区,所述焊接区焊接在钻头钢体上,所述工作区沿孕镶齿的轴线分成N≥2个部分,N为整数。
2.如权利要求1所述的按功能分区的孕镶齿,其特征在于,所述焊接区由金属粉末组成,所述工作区的每一部分由金属粉末、不同参数的金刚石和不同体积浓度的固体润滑剂组成。
3.如权利要求2所述的按功能分区的孕镶齿,其特征在于,所述工作区第N部分的耐磨性弱于第N-1部分。
4.如权利要求1~3任一项所述的按功能分区的孕镶齿的制备方法,其特征在于,采用冷压成型和热压烧结的方式成形具有PDC外形和自润滑功能的孕镶金刚石钻头切削齿,再将其进行热等静压增强处理和几何尺寸修正,得功能分区的孕镶齿。
5.如权利要求1~3任一项所述的按功能分区的孕镶齿的制备方法,其特征在于,采用3D打印的方式成形具有PDC外形和自润滑功能的孕镶金刚石钻头切削齿,再将其进行热等静压增强处理和几何尺寸修正,得功能分区的孕镶齿。
6.一种自润滑孕镶金刚石钻头,其特征在于,包括如权利要求1~3任一项所述的按功能分区的孕镶齿。
7.如权利要求6所述的自润滑孕镶金刚石钻头的制备方法,其特征在于,将权利要求1~3任一项所述的按功能分区的孕镶齿焊接到钻头钢体上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110527996.1A CN113250623B (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 功能分区的孕镶齿及其制备方法和钻头 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110527996.1A CN113250623B (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 功能分区的孕镶齿及其制备方法和钻头 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113250623A true CN113250623A (zh) | 2021-08-13 |
CN113250623B CN113250623B (zh) | 2022-07-29 |
Family
ID=77181952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110527996.1A Active CN113250623B (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 功能分区的孕镶齿及其制备方法和钻头 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113250623B (zh) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020034632A1 (en) * | 2000-09-20 | 2002-03-21 | Griffin Nigel Dennis | Polycrystalline diamond partially depleted of catalyzing material |
US20060162969A1 (en) * | 2005-01-25 | 2006-07-27 | Smith International, Inc. | Cutting elements formed from ultra hard materials having an enhanced construction |
US20060162967A1 (en) * | 2005-01-27 | 2006-07-27 | Brackin Van J | Abrasive-impregnated cutting structure having anisotropic wear resistance and drag bit including same |
CN201326379Y (zh) * | 2009-01-23 | 2009-10-14 | 中成新星油田工程技术服务股份有限公司 | Pdc钻头的复合齿 |
CN204609779U (zh) * | 2015-05-22 | 2015-09-02 | 成都惠灵丰金刚石钻头有限公司 | 一种新型石油钻头金刚石孕镶块切削齿 |
CN108119065A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-06-05 | 中国石油天然气股份有限公司 | 孕镶金刚石钻头切削齿及其制造方法 |
CN109014172A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-18 | 铜陵长江金刚石工具有限责任公司 | 一种金刚石钻头及其制造方法 |
CN110056313A (zh) * | 2018-01-18 | 2019-07-26 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | Pdc-孕镶金刚石复合块 |
-
2021
- 2021-05-14 CN CN202110527996.1A patent/CN113250623B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020034632A1 (en) * | 2000-09-20 | 2002-03-21 | Griffin Nigel Dennis | Polycrystalline diamond partially depleted of catalyzing material |
US20060162969A1 (en) * | 2005-01-25 | 2006-07-27 | Smith International, Inc. | Cutting elements formed from ultra hard materials having an enhanced construction |
US20060162967A1 (en) * | 2005-01-27 | 2006-07-27 | Brackin Van J | Abrasive-impregnated cutting structure having anisotropic wear resistance and drag bit including same |
CN201326379Y (zh) * | 2009-01-23 | 2009-10-14 | 中成新星油田工程技术服务股份有限公司 | Pdc钻头的复合齿 |
CN204609779U (zh) * | 2015-05-22 | 2015-09-02 | 成都惠灵丰金刚石钻头有限公司 | 一种新型石油钻头金刚石孕镶块切削齿 |
CN108119065A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-06-05 | 中国石油天然气股份有限公司 | 孕镶金刚石钻头切削齿及其制造方法 |
CN110056313A (zh) * | 2018-01-18 | 2019-07-26 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | Pdc-孕镶金刚石复合块 |
CN109014172A (zh) * | 2018-07-26 | 2018-12-18 | 铜陵长江金刚石工具有限责任公司 | 一种金刚石钻头及其制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113250623B (zh) | 2022-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8858870B2 (en) | Earth-boring bits and other parts including cemented carbide | |
CN1636654B (zh) | 硬质合金工具及其制造方法 | |
US8790439B2 (en) | Composite sintered powder metal articles | |
US8109177B2 (en) | Bit body formed of multiple matrix materials and method for making the same | |
AU690767B2 (en) | Composite cermet articles and method of making | |
US8074750B2 (en) | Earth-boring tools comprising silicon carbide composite materials, and methods of forming same | |
EP2430203B1 (en) | Composite cemented carbide rotary cutting tools and rotary cutting tool blanks | |
US8230762B2 (en) | Methods of forming earth-boring rotary drill bits including bit bodies having boron carbide particles in aluminum or aluminum-based alloy matrix materials | |
EP0169717B1 (en) | Rolling cutters for drill bits, and processes to produce same | |
US7866419B2 (en) | Diamond impregnated bits using a novel cutting structure | |
EP1997575B1 (en) | Consolidated hard material and applications | |
RU2503522C2 (ru) | Композитная вставка с поликристаллическими алмазами | |
US9446503B2 (en) | High-strength, high-hardness binders and drilling tools formed using the same | |
AU2012312859A1 (en) | Cutting inserts for earth-boring bits | |
JPH04128330A (ja) | 傾斜組成組識の焼結合金及びその製造方法 | |
Wu et al. | Matrix material for a new 3D-printed diamond-impregnated bit with grid-shaped matrix | |
CN108119065B (zh) | 孕镶金刚石钻头切削齿及其制造方法 | |
WO2014018235A2 (en) | Composite sintered powder metal articles | |
CN113250623B (zh) | 功能分区的孕镶齿及其制备方法和钻头 | |
WO2017011415A1 (en) | Infiltrated cutting tools and related methods | |
Hu et al. | Effect of matrix composition on the performance of Fe-based diamond bits for reinforced concrete structure drilling | |
US2204412A (en) | Weld rod | |
CN109128181A (zh) | 一种高强金刚石刀齿的制造方法 | |
Parmonov et al. | SELECTION OF RAW MATERIALS OF SOLID ALLOYS USED IN DRILLING AND RESEARCH OF THEIR PROPERTIES | |
CN105840192B (zh) | 一种一体式高耐磨截齿及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |